La ósmosis es un fenómeno físico relacionado con el movimiento de un solvente a través de una membrana semipermeable. Tal comportamiento supone una difusión simple a través de la membrana, sin gasto de energía. La ósmosis del agua es un fenómeno biológico importante para el metabolismo celular de los seres vivos. Se denomina membrana semipermeable a la que contiene poros o agujeros, al igual que cualquier filtro, de tamaño molecular. El tamaño de los poros es tan minúsculo que deja pasar las moléculas pequeñas pero no las grandes, normalmente del tamaño de micrómetros. Por ejemplo, deja pasar las moléculas de agua, que son pequeñas, pero no las de azúcar, que son más grandes. Si una membrana como la descrita separa un líquido en dos particiones, una de agua pura y otra de agua con azúcar, suceden varias cosas, explicadas a fines del siglo XIX por Van 't Hoff y Gibbs empleando conceptos de potencial electroquímico y difusión simple, entendiendo que este último fenómeno implica no sólo el movimiento al azar de las partículas hasta lograr la homogénea distribución de las mismas y esto ocurre cuando las partículas que vienen se equiparan con las que aleatoriamente van, sino el equilibrio de los potenciales químicos de ambas particiones. Los potenciales químicos de los componentes de una solución son menores que la suma del potencial de dichos componentes cuando no están ligados en la solución. Este desequilibrio, que está en relación directa con la osmolaridad de la solución, genera un flujo de partículas solventes hacia la zona de menor potencial que se expresa como presión osmótica mensurable en términos de presión atmosférica, por ejemplo: "existe una presión osmótica de 50 atmósferas entre agua desalinizada y agua de mar". El solvente fluirá hacia el soluto hasta equilibrar dicho potencial o hasta que la presión hidrostática equilibre la presión osmótica.1 2 El resultado final es que, aunque el agua pasa de la zona de baja concentración a la de alta concentración y viceversa, hay un flujo neto mayor de moléculas de agua que pasan desde la zona de baja concentración a la de alta. Dicho de otro modo: dado suficiente tiempo, parte del agua de la zona sin azúcar habrá pasado a la de agua con azúcar. El agua pasa de la zona de baja concentración a la de alta concentración. Las moléculas de agua atraviesan la membrana semipermeable desde la disolución de menor concentración, disolución hipotónica, a la de mayor concentración, disolución hipertónica. Cuando el trasvase de agua iguala las dos concentraciones, las disoluciones reciben el nombre de isotónicas. En los seres vivos, este movimiento del agua a través de la membrana celular puede producir que algunas células se arruguen por una pérdida excesiva de agua, o bien que se hinchen, posiblemente hasta reventar, por un aumento también excesivo en el contenido celular de agua. Para evitar estas dos situaciones, de consecuencias desastrosas para las células, estas poseen mecanismos para expulsar el agua o los iones mediante un transporte que requiere gasto de energía. La presión osmótica Puede definirse como la presión que se debe aplicar a una solución para detener el flujo neto de disolvente a través de una membrana semipermeable.1 La presión osmótica es una de las cuatro propiedades coligativas de las soluciones (dependen del número de partículas en disolución, sin importar su naturaleza). Se trata de una de las características principales a tener en cuenta en las relaciones de los líquidos que constituyen el medio interno de los seres vivos, ya que la membrana plasmática regula la entrada y salida de soluto al medio extracelular que la rodea, ejerciendo de barrera de control. Cuando dos soluciones se ponen en contacto a través de una membrana semipermeable (membrana que deja pasar las moléculas de disolvente pero no las de los solutos), las moléculas de disolvente se difunden, pasando habitualmente desde la solución con menor concentración de solutos a la de mayor concentración. Este fenómeno recibe el nombre de ósmosis, palabra que deriva del griego osmos, que significa "impulso".2 Al suceder la ósmosis, se crea una diferencia de presión en ambos lados de la membrana semipermeable: la presión osmótica. Presión de turgencia Fuerza ejercida hacia afuera en la pared celular por el agua contenida en la célula. Esta fuerza le da rigidez a las plantas y puede ayudar a mantenerlas erectas La presión de turgencia empuja a la membrana plasmática en contra de la pared celular de las plantas, bacterias, hongos y células, así como las células de protistas que tienen paredes celulares. Esta presión, turgencia, es causado por el flujo osmótico de agua de la zona de baja concentración de soluto fuera de la célula en la vacuola de la célula, que tiene una concentración de soluto más alta. Células vegetales saludables son turgentes y las plantas dependen de turgencia para mantener la rigidez. En cambio, este fenómeno no se observa en las células animales que no tienen paredes celulares para evitar que sean estallar por el flujo de agua en la célula y, o bien continuamente debe bombear el agua o que viven en una solución isotónica donde no hay presión osmótica. Análisis medio intracelulares Los seres vivos aparecieron y evolucionaron en el mar. El medio acuoso que rodea a las células forma parte funcional de ellas. Para un organismo unicelular, el agua se distribuye en dos medios: uno intracelular y otro exterior. En cambio, las células que constituyen el cuerpo de un animal viven en un “mar interior”, que son los líquidos corporales. Al conjunto de los líquidos corporales que rodean a las células y están encerrados dentro de la piel de un animal se les dio el nombre de “medio interno”. En el medio interno o líquido extracelular (LEC) de un animal se encuentran los iones y nutrientes que necesitan las células para mantener su vida. Las células serán capaces de vivir, crecer y desarrollar sus funciones especiales en tanto dispongan de las concentraciones correctas de oxígeno, glucosa, iones, aminoácidos y otros constituyentes en el medio interno. Los sistemas de nutrición, como el digestivo, el respiratorio y el excretor, son los que median los intercambios entre el medio externo y el medio interno. Compartimientos de los líquidos corporales Regresar La mayor parte del agua corporal total (ACT), aproximadamente dos tercios, se encuentra en el compartimiento intracelular (LIC = líquido intracelular). El tercio restante corresponde al medio interno o líquido extracelular (LEC). El LEC está dividido en dos compartimientos: el intravascular (IV) y el intersticial (IT). El compartimiento intravascular corresponde al interior de los vasos sanguíneos; allí circula la sangre, cuya mayor parte está formada por un líquido llamado plasma. El plasma representa la cuarta parte del LEC. El líquido intersticial (IT) es la porción del LEC que baña a las células y se encuentra fuera de los vasos. Éste representa las tres cuartas partes del LEC. Distribución del ACT en los distintos compartimientos LIC 2/3 LEC 1/3 LIT 3/4 Plasma 1/4 Los líquidos de los diferentes compartimientos están separados por membranas biológicas: - la membrana plasmática separa al LIC del IT y - el epitelio que forma la pared de los vasos sanguíneos (endotelio) separa al líquido IT del plasma. Los compartimientos donde se reparten los líquidos corporales presentan diferentes concentraciones de iones y moléculas. Las diferencias entre los compartimientos son mantenidas por la permeabilidad selectiva de las membranas. Para comprender cómo se generan y mantienen estos desequilibrios en los líquidos corporales, esenciales para el funcionamiento orgánico, es necesario conocer algunos principios físico-químicos que rigen el movimiento de las partículas en solución y los mecanismos de transporte de las membranas biológicas. Concepto de difusión Regresar Cuando las partículas (moléculas o iones) están en solución en un medio líquido o gaseoso se mueven de acuerdo con la energía cinética que poseen. Los movimientos ocurren al azar, sin seguir ninguna dirección particular. Cada partícula tiene la misma probabilidad de moverse en cualquier dirección del espacio. Si existe una zona del sistema donde la concentración del soluto es mayor, entonces es más probable que las partículas se muevan desde esa zona hacia otra, que a la inversa, por el simple hecho de que allí son más. Se registrará entonces un movimiento neto de soluto desde la zona de mayor a la de menor concentración. A ese movimiento se lo denomina difusión. A la diferencia de concentración de un soluto a lo largo de una distancia se le da el nombre de gradiente de concentración. Cuando una partícula difunde (va desde donde está más hacia donde está menos concentrada) se dice que se mueve “a favor de gradiente”. Análisis medio extracelulares Es el ambiente líquido que rodea a todas las células de los organismos vivos, este medio transporta nutrientes y desechos, producto de los procesos metabólicos de las células El límite externo de la célula es la membrana plasmática, antes conocida como la membrana celular. La sustancia principal de esta membrana es una doble capa de moléculas de lípidos, descrita como bicapa. Debido a que estos lípidos contienen fósforo se les llama fosfolípidos. Algunas de las moléculas localizadas entre los fosfolípidos, es el colesterol, mismo que proporciona fortalecimiento a la membrana